固態(tài)繼電器的參數(shù)及選用,Solid State Relay

作者：周志敏

1、輸入電壓范圍：在環(huán)境溫度25’c下，固態(tài)繼電器能夠工作的輸入電壓范圍。

2、輸入電流：在輸入電壓范圍內(nèi)某一特定電壓對(duì)應(yīng)的輸入電流值。

3、接通電壓：在輸入端加該電壓或大于該電壓值時(shí)，輸出端確保導(dǎo)通。

4、關(guān)斷電壓：在輸入端加該電壓或小于該電壓值時(shí)，輸出端確保導(dǎo)通。

5、反極性電壓：能夠加在繼電器輸入端上，而不應(yīng)起永久性破壞的最大允許反向電壓。

6、額定輸出電流：環(huán)境25’C時(shí)的最大穩(wěn)態(tài)工作電流。

7、額定輸出電壓：能夠承受的最大負(fù)載工作電壓。

8、輸出電壓降：當(dāng)繼電器處于導(dǎo)通時(shí)，在額定輸出電流下測(cè)得的輸出端電壓。

9、輸出漏電流：當(dāng)繼電器處于關(guān)斷狀態(tài)施加額定輸出電壓時(shí)，流經(jīng)負(fù)載的電流值。

10、接通時(shí)間：當(dāng)繼電器接通時(shí)，加輸入電壓到接通電壓開始至輸出達(dá)到其電壓最終變化的90%為止之間的時(shí)間間隔。

11、關(guān)斷時(shí)間：當(dāng)繼電器關(guān)斷時(shí)，切除輸入電壓到關(guān)斷電壓開始至輸出達(dá)到其電壓最終變化的10%為止之間的時(shí)間間隔。

12、過零電壓：對(duì)交流過零型固態(tài)繼電器，輸入端加入額定電壓，能使繼電器輸出端導(dǎo)通的最大起始電壓。

13、最大浪涌電壓：繼電器能承受的而不致造成永久性損壞的非重復(fù)浪涌(或過載)電流。

14、電器系統(tǒng)峰值：在繼電器工作狀態(tài)繼電器輸出端能夠承受的最大迭加的瞬時(shí)峰值擊穿電壓。

15、電壓指數(shù)上升率dv/dt：繼電器的輸出元件能夠承受的不使其導(dǎo)通的電壓上升率。

16、工作溫度：繼電器安規(guī)范安裝或不安裝散熱板時(shí)，其正常工作的環(huán)境溫度范圍。

功率固態(tài)繼電器的特性參數(shù)包括輸入和輸出參數(shù)，下面以北京科通繼電器總廠生產(chǎn)的GX-10F繼電器為例，列出輸入、輸出參數(shù)，詳見表1，根據(jù)輸入電壓參數(shù)值大小，可確定工作電壓大小。如采用TTL或CMOS等邏輯電平控制時(shí)，最好采用有足夠帶載能力的低電平驅(qū)動(dòng)，并盡可能使“0”電平低于0.8 V。如在噪聲很強(qiáng)的環(huán)境下工作，不能選用通、斷電壓值相差小的產(chǎn)品，必需選用通、斷電壓值相差大的產(chǎn)品，(如選接通電壓為8 V或12 V的產(chǎn)品)這樣不會(huì)因噪聲干擾而造成控制失靈。

1、額定輸入電壓；它是指定條件下能承受的穩(wěn)態(tài)阻性負(fù)載的最大允許電壓有效值。如果受控負(fù)載是非穩(wěn)態(tài)或非阻性的，必需考慮所選產(chǎn)品是否能承受工作狀態(tài)或條件變化時(shí)(冷熱轉(zhuǎn)換、靜動(dòng)轉(zhuǎn)換、感應(yīng)電勢(shì)、瞬態(tài)峰值電壓、變化周期等) 所產(chǎn)生的最大合成電壓。例如負(fù)載為感性時(shí)，所選額定輸出電壓必須大于兩倍電源電壓值，而且所選產(chǎn)品的阻斷(擊穿)電壓應(yīng)高于負(fù)載電源電壓峰值的兩倍。如在電源電壓為交流220V、一般的小功率非阻性負(fù)載的情況下，建議選用額定電壓為400V—600V的SSR產(chǎn)品；但對(duì)于頻繁啟動(dòng)的單相或三相電機(jī)負(fù)載，建議選用額定電壓為660V—800V的SSR產(chǎn)品。

2、額定輸出電流和浪涌電流；額定輸出電流是指在給定條件下(環(huán)境溫度、額定電壓、功率因素、有無散熱器等)所能承受的電流最大的有效值。一般生產(chǎn)廠家都提供熱降額曲線。如周圍溫度上升，應(yīng)按曲線作降額使用。

浪涌電流是指在給定條件下(室溫、額定電壓、額定電流和持續(xù)的時(shí)間等)不會(huì)造成永久性損壞所允許的最大非重復(fù)性峰值電流。交流繼電器的浪涌電流為額定電流的5-10倍(一個(gè)周期)，直流產(chǎn)品為額定電流的1.5-5倍(一秒)。在選用時(shí)，如負(fù)載為穩(wěn)態(tài)阻性，SSR可全額或降額10%使用。對(duì)于電加熱器、接觸器等，初始接通瞬間出現(xiàn)的浪涌電流可達(dá)3倍的穩(wěn)態(tài)電流，因此，SSR降額20%-30%使用。對(duì)于白織燈類負(fù)載，SSR應(yīng)按降額50%使用，并且還應(yīng)加上適當(dāng)?shù)?a href="http://www.ttokpm.com/tags/保護(hù)電路/" target="_blank">保護(hù)電路。對(duì)于變壓器負(fù)載，所選產(chǎn)品的額定電流必須高于負(fù)載工作電流的兩倍。對(duì)于負(fù)載為感應(yīng)電機(jī)，所選SSR的額定電流值應(yīng)為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流的2— 4倍，SSR的浪涌電流值應(yīng)為額定電流的10倍。

固態(tài)繼電器對(duì)溫度的敏感性很強(qiáng)，工作溫度超過標(biāo)稱值后，必須降熱或外加散熱器，例如額定電流為10A的JGX—10F產(chǎn)品，不加散熱器時(shí)的允許工作電流只有10A。

3、輸入特性

（1）為了保證固態(tài)繼電器的正常工作，必須考慮輸入條件，通常輸入電壓為階躍函數(shù)，然而，如果輸入電壓是斜坡，就會(huì)出現(xiàn)半周循環(huán)現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于開關(guān)半導(dǎo)體器件在正，反觸發(fā)時(shí)不完全對(duì)稱，因此，如果輸入電壓斜坡上升，這種開關(guān)在負(fù)載為某一極性時(shí)就可能處罰，而當(dāng)負(fù)載電壓為反極性時(shí)就可能不處罰，而出現(xiàn)半周導(dǎo)通現(xiàn)象，這種現(xiàn)象將持續(xù)到輸入量足以使輸出完全導(dǎo)通為止。

（2）輸入端出現(xiàn)的瞬態(tài)，可以使繼電器誤動(dòng)，尤其是當(dāng)繼電器響應(yīng)時(shí)間等于或小于噪聲脈沖持續(xù)時(shí)間時(shí)，繼電器就會(huì)導(dǎo)通，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波有助于減少這種現(xiàn)象。

（3）當(dāng)反極性(反向輸入)電壓適用時(shí)，繼電器輸入端可以承受最大輸入電壓值或其它規(guī)定值的反極性電壓，超過該值，可能造成SSR的永久性破壞，當(dāng)反極性電壓不適用時(shí)，或繼電器規(guī)定不能反向施加輸入電壓時(shí)，使用時(shí)一定注意，不能使輸入電壓反向。

4、輸出特性

（1） SSR給出的最大額定輸出電流一般指常溫下或常溫到高溫下的最大額定輸出電流而且對(duì)大于10A的繼電器還指帶有規(guī)定散熱器時(shí)的最大額定輸出電流。對(duì)功率 SSR，當(dāng)工作溫度上升或不帶散熱器時(shí)，最大輸出電流相應(yīng)下降。對(duì)此，各SSR均給出不帶散熱帶規(guī)定散熱器的輸出電流與環(huán)境溫度的關(guān)系曲線。這曲線又叫熱降額曲線。

（2）當(dāng)負(fù)載很輕即負(fù)載電阻或阻抗很大時(shí)，接通時(shí)的輸出電流下降，該電流與關(guān)斷狀態(tài)下的漏電流之間的比值下降。對(duì)交流SSR，這時(shí)的漏電流可能會(huì)使接觸器嗡嗡作響，或使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)輸出電流小于最小額定電流時(shí)，SSR的直流失調(diào)電壓和波形失真都會(huì)超過規(guī)定值，輸出電流過小，也會(huì)使輸出可控硅不能在規(guī)定的零電壓范圍內(nèi)導(dǎo)通。為了改善這種狀況，可以在負(fù)載兩端并聯(lián)一定的電阻，RC或燈泡。

（3）SSR的許多負(fù)載如燈負(fù)載，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，感性和容性負(fù)載，在接通時(shí)的過渡過程會(huì)形成浪涌電流，由于散熱不及，浪涌電流是使固態(tài)繼電器損壞的最常見的原因。為了適應(yīng)這種情況，SSR根據(jù)其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和輸出器件特性，一般均給出了過負(fù)載(或浪涌電流)參數(shù)倡議額定輸出電流(最大值)的倍數(shù)，脈沖(浪涌)持續(xù)時(shí)間，循環(huán)周期和次數(shù)來表示。一般，直流SSR的過負(fù)載(浪涌)額定值遠(yuǎn)小于同功率的交流SSR。另外，SSR的性質(zhì)還與接通時(shí)的電流上升率di/dt密切相關(guān)。di/dt超過某一值會(huì)使SSR的可控硅輸出器件損壞。為避免上述浪涌電流對(duì)SSR的損壞，可不同程度的降額使用SSR，必要時(shí)，可在負(fù)載電路中串聯(lián)電阻，將浪涌電流和可能發(fā)生的短路電流限制在 SSR所允許的過負(fù)載范圍內(nèi)，也可利用快速熔斷的保險(xiǎn)絲來保護(hù)SSR。

（4）對(duì)于SSR，特別對(duì)交流SSR，電壓指數(shù)上升率是一個(gè)重要參數(shù)。這是因?yàn)楫?dāng)SSR關(guān)斷時(shí)，若輸出端電壓上升率超過SSR規(guī)定的dv/dt，可能使SSR誤接通，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成SSR的損壞一般SSR規(guī)定的dv/dt為 100v/us，也有的達(dá)200v/us。交流SSR多在電流過零時(shí)判斷，對(duì)感性和容性負(fù)載，在電流達(dá)零并關(guān)斷時(shí)，線電壓并不為零。功率因數(shù)cosψ越小，這個(gè)電壓越大，在關(guān)斷時(shí)，這一較大的電壓將以較大的上升率加在SSR的輸出端。另外，SSR關(guān)斷時(shí)，感性負(fù)載上會(huì)產(chǎn)生反電勢(shì)，該反電勢(shì)同電壓一起形成的過電壓將加在SSR的輸出端。在使用SSR反轉(zhuǎn)電容分相電機(jī)和反接未停轉(zhuǎn)的三相電機(jī)時(shí)，都可能在SSR的輸出端產(chǎn)生二倍于線電壓的過壓效應(yīng)。

dv/dt 和過電壓是使SSR失效的重要模式，因此要認(rèn)真對(duì)待。一般，在可能產(chǎn)生二倍線電壓效應(yīng)的場(chǎng)合應(yīng)選擇最大額定輸出電壓高于二倍線電壓的SSR。在dv/dt和過電壓嚴(yán)重的線路中，一般也應(yīng)使SSR的最大額定輸出電壓高于二倍線電壓。對(duì)一般的感性負(fù)載，SSR的最大額定輸出電壓也應(yīng)為線電壓的 1.5倍。另外，可以在SSR輸出端并聯(lián)RC吸收回路或其它瞬態(tài)抑制回路